INTEGRASI METODE SELF POTENTIAL DAN RESISTIVITAS UNTUK IDENTIFIKASI REMBESAN AIR PADA TANGGUL LUMPUR SIDOARJO (LUSI)

  TUGAS AKHIR – SF 141501

INTEGRASI METODE SELF POTENTIAL DAN

  

RESISTIVITAS UNTUK IDENTIFIKASI REMBESAN AIR PADA

TANGGUL LUMPUR SIDOARJO (LUSI) Masyithah Noor Wasillah NRP 1112100013 Dosen Pembimbing Prof.Dr.rer.nat. Bagus Jaya Santosa, S.U. Dr. Sungkono M.Si DEPARTEMEN FISIKA Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam

  HALAMAN JUDUL TUGAS AKHIR – SF 141501

INTEGRASI METODE SELF POTENTIAL DAN

  

RESISTIVITAS UNTUK IDENTIFIKASI REMBESAN AIR

PADA TANGGUL LUMPUR SIDOARJO (LUSI) Masyithah Noor Wasillah NRP 1112100013 Dosen Pembimbing Prof. Dr. rer. nat. Bagus Jaya Santosa, S.U. Dr. Sungkono M.Si DEPARTEMEN FISIKA Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

COVER PAGE

  FINAL PROJECT – SF 141501

INTEGRATED SELF POTENTIAL AND RESISTIVITY

  

METHODS FOR IDENTIFYING SEEPAGE IN THE LUMPUR

SIDOARJO (LUSI) EMBANKMENT Masyithah Noor Wasillah NRP 1112100013 Advisor Prof. Dr. rer. nat. Bagus Jaya Santosa, S.U. Dr. Sungkono M.Si Department of Physics Faculty of Mathematics and Science Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2017

  

INTEGRASI METODE SELF POTENTIAL DAN

RESISTIVITAS UNTUK IDENTIFIKASI REMBESAN AIR

PADA TANGGUL LUMPUR SIDOARJO (LUSI)

  

HALAMAN PENGESAHAN

TUGAS AKHIR

  Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Menyelesaikan Program S-1

  Pada Bidang Studi Geofisika

  Program Studi S-1 Departemen Fisika Fakultas Matematika Dan Ilmu Pengetahuan

  Institut Teknologi Sepuluh Nopember Oleh:

  

Masyithah Noor Wasillah

  NRP. 1112 100 013 Disetujui oleh Pembimbing Tugas Akhir: 1.

  Prof. Dr. rer. nat. Bagus Jaya Santosa, S.U. (………….….) 2.

  Dr. Sungkono M.Si (……….…….)

  

INTEGRASI METODE SELF POTENTIAL DAN

RESISTIVITAS UNTUK IDENTIFIKASI REMBESAN AIR

PADA TANGGUL LUMPUR SIDOARJO (LUSI)

Penulis : Masyithah Noor Wasillah

  NRP : 1112100013 Departemen : Fisika FMIPA ITS Pembimbing : Prof.Dr.rer.nat. Bagus JayaSantosa, S.U. Dr. Sungkono M.Si

ABSTRAK

  Abstrak Tanggul LUSI telah berulang kali mengalami kegagalan

yang mengakibatkan tanggul tersebut runtuh (collapse). Salah

satu penyebab runtuhnya tanggul ialah adanya saturasi air pada

tanggul melalui retakan atau pori-pori pada tanggul. Oleh

karena itu perlu dilakukan identifikasi zona rembesan akibat

retakan pada tanggul. Identifikasi penyebab kegagalan tanggul

LUSI ini menggunakan metode Self Potential dan resistivitas

yang tidak merusak lingkungan sekitar tanggul. Data yang

diperoleh kemudian diolah dengan tujuan untuk mengidentifikasi

rembesan air pada tanggul LUSI. Hasil dari penelitian ini

menunjukkan terdapat beberapa kemungkinan adanya retakan

yang mengakibatkan rembesan pada tanggul yang diukur pada

kedalaman sekitar 5-50m.

  Kata kunci : Inversi, Resistivitas, Self Potential

  

INTEGRATED SELF POTENTIAL AND RESISTIVITY

METHODS FOR IDENTIFYING SEEPAGE IN THE

LUMPUR SIDOARJO (LUSI) EMBANKMENT

Autor : Masyithah Noor Wasillah

  NRP : 1112100013 Departement : Fisika FMIPA ITS Advisor : Prof.Dr.rer.nat. Bagus JayaSantosa, S.U.

  Dr. Sungkono ABST

ABSTRACT

  Abstract There has been several failures in the LUSI embankment

that causing the embankment to be collapse. The cause of this

incidence might be because of the presence of water saturation

through fractures and pores in the embankment. Therefore,

seepage identification is a very important thing to do in order to

estimate the seepage zones due to fractures and pores in the

embankment. Geophysical method has an important role in

mapping seepage paths and monitoring the embankment. Self

Potential and resistivity method are non-destructive technique

that can be used in embankment monitoring. The data are

obtained then processed in order to identify the seepage in the

LUSI emabankment. The result of this research shows that there

are several possible fractures as the cause of seepage in the LUSI

emabakment at estimated depth of 5m-50m.

  Kata kunci : Inversion, Resistivity, Self Potential

KATA PENGANTAR

  Puji syukur Alhamdulillah penulis ucapkan kepada ALLAH SWT karena atas berkah, rahmat, dan petunjukNya atas iman, islam, dan ikhsan yang diberikan kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan laporan Tugas Akhir (TA) ini dengan optimal dan tanpa suatu kendala apapun. Tugas Akhir (TA) ini penulis susun untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan strata satu d Fisika ITS. Tugas Akhir dengan judul :

  

“Integrasi Metode Self Potential dan Resistivitas Untuk

Identifikasi Rembesan Air Pada Tanggul Lumpur Sidoarjo

(LUSI)

  ”

  Penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada pihak-pihak yang membantu penyusunan laporan Tugas Akhir (TA) dan proses penelitiannya.

  1. Prof. Dr. rer. nat Bagus Jaya Santosa, S.U dan Dr.Sungkono selaku dosen pembimbing yang telah memberikan pengarahan, saran dan motivasi selama proses penelitian dan penyusunan laporan.

  2. Bapak Dr. Yono Hadi P., M. Eng. dan Dr. rer. nat. Eko Minarto selaku Ketua Jurusan dan Sekretaris Jurusan Fisika FMIPA ITS yang telah memberikan kemudahan sarana kepada penulis selama kuliah sampai terselesaikannya Tugas Akhir ini.

  3. Keluarga tercinta, Ibunda Iin Indristuti, Ayahanda Dwi Mudji Yuwono dan kakak Aliefa Maulidia yang selalu memberikan dukungan, semangat, didikan nasehat, kasih sayang dan doa restu kepada penulis.

  4. Prasetya D yang selalu memberikan dukungan, motivasi serta hiburan bagi penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  5. Saudara beda ayah ibu Dina, Sucy, Vara, Oland, Kopeng, mendengar keluh kesah dan memberikan motivasi bagi penulis.

  6. Geng rumpik Nana, Deril, Yusro, Risjo, Eky terimakasih atas informasi kekinian yang diberikan kepada penulis.

  7. Pejuang 115 Norma, Haiyin, Veny, Fikri, Ratri yang telah membantu penulis selama perjuangan menyelesaikan t=Tugas Akhir ini.

  8. Teman-teman seperjuangan bidang minat fisika bumi 2012 Zumro, Cahla, Indri, Lina, ChiChi, Dyah, Rina, Fandy, Adi, Yayan, Samsul, Dira, Meli, dll.

  9. Keluarga besar Fisika 2012 terima kasih atas pelajaran kehidupan dan kebersamaan selama masa kuliah yang tidak akan pernah dilupakan.

  10. Keluarga Lab Geofisika (Semua Alumni, Pak kis, Mas Nanang, Mas Wildan, Mas Reks, Mas Kafi, Mas Wisnu, Oman, Dani, Getek, Aer, Pambayun, Safitri dll) terimakasih atas fasilitas dan sharing ilmunya.

  11. Mas Alwi dan Mbak Yekti yang membantu penulis selama pengambilan data Tugas Akhir ini.

  12. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu Penulis menyadari dalam penyusunan laporan ini masih terdapat kesalahan. Mohon kritik dan saran pembaca guna menyempurnakan laporan ini. Akhir kata semoga laporan Tugas Akhir ini bermanfaat bagi semua pihak. Amiin Ya Rabbal Alamiin.

  Surabaya, Januari 2017 Penulis

  

DAFTAR ISI

DAFTAR ISI

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Lokasi semburan lumpur panas Sidoarjo ..................5Gambar 2.2 Jenis Kegagalan Tanggul ..........................................7Gambar 2.3 Sumber arus tunggal di permukaan medium isotropis ...................................................................13Gambar 2.4 Susunanan Elektroda Ganda di Permukaan ............15Gambar 2.5 Pengaturan elektroda konfigurasi

  ...........................................16

  Wenner-Schlumberger

Gambar 2.6 Resistivitas Semu (apparent resistivity) .................17Gambar 2.7 Skema Pengukuran Fixed Base ..............................19Gambar 2.8 Skema Lep Frog .....................................................20Gambar 2.9 Model anomali inclined sheet .................................24Gambar 3.1 Diagram Alir Metodologi Penelitian .......................31Gambar 3.2 Lintasan Pengukuran ...............................................32Gambar 4.1 Kondisi tanggul pada lintasan 1 ...............................36Gambar 4.2 Resistivitas 2D hasil inversi data resistivitas yang terukur pada lintasan 1 ............................................38Gambar 4.3 Data pengukuran Self Potential pada lintasan 1 ......39Gambar 4.4 Hasil dekomposisi data Self Potential pada lintasan 1

  

Gambar 4.5 Hasil penjumlahan IMF data Self Potential pada lintasan 1 Tanggul Lumpur Sidoarjo (LUSI)

  

Gambar 4.6 (a)Fitting kurva data observasi dengan data perhitungan; (b)Citra rekahan yang terdeteksi

  

Gambar 4.7 Rata−rata error untuk setiap iterasi pada lintasan 1. ................................................................ 45Gambar 4.8 Bagian tanggul pada lintasan 1 yang kering ............ 47Gambar 4.10 Kondisi tanggul pada saat pengambil data lintasan 2 .............................................................. 49Gambar 4.11 Hasil pengolahan data resistivitas dan Self Potential pada lintasan 2 ...................................................... 50Gambar 4.12 Kondisi tanggul pada saat pengambil data lintasan 3

  

Gambar 4.13 Hasil pengolahan data resistivitas dan Self Potential pada lintasan 3 ...................................................... 52Gambar 4.14 Kondisi tanggul pada saat pengambil data lintasan 4

  

Gambar 4.15 Hasil pengolahan data resistivitas dan Self Potential pada lintasan 4 ...................................................... 54Gambar 4.16 Kondisi tanggul pada saat pengambil data lintasan 5 ............................................................................ 56Gambar 4.17 Hasil pengolahan data resistivitas dan Self Potential pada lintasan 5 ......................................................... 57Gambar 4.17 Zona rembesan pada tanggul LUSI ....................... 57

  

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Nilai resistivitas metrial di bumi ................................... 9

  

DAFTAR LAMPIRAN

  

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

  Semburan lumpur panas Sidoarjo adalah peiristiwa menyemburnya lumpur panas di lokasi pengeboran PT Lapindo Brantas di Desa Renokenongo, Kecamatan Porong, Kabupaten Sidoarjo. Semburan lumpur panas di Sidoarjo ini tergolong peristiwa besar. Sejak awal semburan lumpur pada tanggal 29 Mei 2006 di lokasi pengeboran Lapindo Brantas, dalam kurun waktu satu tahun telah menggenangi daerah di wilayah Kecamatan Porong, Kecamatan Tanggulangin dan Kecamatan

  2 Jabon, kurang lebih mencapai seluas 5 km (Sudarsono dan

  Sujarwo, 2008). Semburan lumpur ini telah menggenangi kawasan permukiman, pertanian, dan perindustrian di tiga kecamatan di sekitarnya, serta mempengaruhi aktivitas perekonomian di Jawa Timur.

  Beberapa metode telah diterapkan oleh para ahli untuk menginvestigasi struktur bawah permukaan bumi, salah satunya untuk identifikasi tanggul, seperti metode resisitivitas (Johansson dan Dahlin, 1996), Self Potential (Revil et al, 2007), seismik (Chunhsien et al, 2005;Deidda dan Ranieri, 2005), ground

  

penetrating radar (Di Prinzio et al, 2010) dan Very Low

Frequency Electromagnetic (Sungkono et al, 2014). Metode

  geolistrik merupakan metode geofisika yang digunakan untuk mempelajari sifat aliran listrik di dalam bumi dan bagaimana cara mendeteksinya di permukaan bumi. Metode ini banyak digunakan untuk menyelidiki keadaan bawah permukaan dengan memanfaatkan sifat-sifat kelistrikan suatu batuan.

  Untuk mengidentifikasi rembesan pada tanggul, perlu dilakukan monitoring secara berkala. Identifikasi rembesan dapat dilakukan dengan beberapa metode seperti metode resistivitas dan

  

self potential (SP). Metode geolistrik tahanan jenis (resistivity

  ) merupakan salah satu jenis metode geolistrik yang

  method yang diasumsikan homogen isotropis. Metode ini dilakukan dengan cara menginjeksikan arus litrik ke dalam bumi melalui elektroda kemudian perbedaan beda potensial yang terukur akan menggambarkan sebaran nilai tahanan jenis di bawah permukaan bumi. Metode Self Potential (SP) merupakan salah satu metode geofisika yang prinsip kerjanya adalah mengukur tegangan statis alam (static natural voltage) yang berada pada titik-titik di permukaan tanah. Metode Self Potential merupakan metode pasif dalam bidang geofisika karena untuk mendapatkan informasi bawah tanah melalui pengukuran tanpa menginjeksi arus listrik melalui permukaan tanah.

  Metode Self Potential pada umunya menghasilkan interpretasi kualitatif dan hasil yang diperoleh ialah penampang 1 dimensi, oleh karena itu perlu adanya metode pembanding. Metode Resistivitas digunakan sebagai metode pembanding karena metode ini menghasilkan interpretasi kuantitatif dan mampu menganalisa adanya rembesan pada tanggul melalui anomali resitivitasnya. Anomali ini kemudian digunakan untuk interpretasi data Self Potential untuk menentukan zona rembesan pada tanggul. Oleh karena itu, dalam penelitian ini digunakan kombinasi dua metode yaitu metode geolistrik tahanan jenis (resistivity) dan metode Self Potential agar didapatkan hasil interpretasi bawah permukaan yang lebih akurat. Dengan hasil yang lebih akurat maka rembesan pada tanggul dapat diidentifikasi secara tepat.

1.2 Perumusan Permasalahan

  Berdasarkan latar belakang tersebut, maka dapat dirumuskan permasalahan dalam penelitian ini yaitu bagaimana hasil identifikasi rembesan air pada tanggul LUSI dengan menggunakan metode geolistrik tahanan jenis (resistivitas) dan metode self potential.

1.3 Batasan Masalah

  Pada penelitian tugas akhir ini diberikan batasan masalah sebagai berikut:

  1. Metode optimasi dalam proses inversi menggunakan

  

Very Fast Simulated Annealing (VFSA)

2.

  Data yang digunakan merupakan data resistivtas dan

  self potential di tanggul Lumpur Sidoarjo (LUSI)

  Jawa timur di titik Ptabendo, P75A, P76-77, P78-79, P79-82.

  3. Software yang digunakan ialah MATLAB R2010a.

  1.4 Tujuan Penelitian

  Berdasarkan permasalahan di atas, maka tujuan dari penilitian ini ialah untuk melakukan identifikasi rembesan air pada tanggul LUSI dengan menggunakan metode geolistrik tahanan jenis (resistivitas) dan metode self potential.

  1.5 Manfaat penelitian

  Manfaat penelitian ini adalah memberi informasi mengenai penggunaan metode geolistrik tahanan jenis (resistivitas) dan metode self potential dalam mengindentifikasi rembesan pada tanggul dan penerapan optimasi global VFSA.

  1.6 Sistematika Penulisan

  Penulisan Tugas Akhir (TA) ini terdiri dari abstrak yang berisi gambaran umum dari penelitian ini. Bab I pendahuluan yang memuat latar belakang, perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian, serta sistematika penulisan. Bab II tinjauan pustaka berisi tentang dasar-dasar teori yang digunakan sebagai acuan dari penelitian, Bab III metodologi penelitian, Bab IV hasil penelitian dan pembahasannya, dan Bab V kesimpulan dan saran.

  

“halaman ini sengaja dikosongkan”

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Kondisi Geologi Tanggul LUSI

  Semburan lumpur panas di kecamatan Porong Kabupaten Sidoarjo merupakan suatu peristiwa besar. Semburan lumpur terjadi sejak tanggal 29 Mei 2006 hingga saat ini. Volume lumpur yang keluar ke permukaan sejak pertama kali sampai tahun 2007 terus mengalami peningkatan. Semburan pertama yang merupakan semburan utama hingga saat ini masih aktif menyemburkan lumpur panas dengan volume yang sangat besar (Gambar 2.1). Erupsi lumpur yang terjadi di kabupaten Sidoarjo sampai saat ini telah berlangsung lebih dari 10 tahun (Sungkono

  

et al, 2014 ). Lumpur tersebut tersusun dari kerikil, pasir, lanau

  serta lempung plastis dan air. Material tersebut berasal dari batuan fasies lempung Formasi Pucangan atau Formasi Lidah berumur Plistosen dari kedalaman 750 hingga 1900 meter (Sudarsono dan Sujarwo, 2008). Menurut Ibrahim, dkk (2010) lumpur atau mud vulcano tersebut yang terbentuk sejak jutaan tahun lalu (5 juta tahun) tersebut dapat menyembur ke permukaan hingga kini dikarenakan tekanan tektonik.

2.2 Kestabilan Tanggul

  Tanggul merupakan suatu bidang yang berbentuk seperti tembok miring atau tegak lurus baik alami maupun buatan yang berfungsi untuk menahan air. Tanggul dibedakan menjadi dua macam yaitu Earth Fill dan Rock Fill. Earth Fill merupakan tanggul yang dibuat dari material material di daerah tersebut kemudian material tersebut dipadatkan. Sedangkan Rock Fill dibuat dibuat dari material yang ada di sekitar daerah tersebut dan juga material lain dalam bentuk beton. Berdasarkan proses terbentuknya tanggul dibedakan menjadi tiga jenis yaitu tanggul alami, tanggul buatan dan tanggul komposit (Fell et al, 2005).

  Tanggul LUSI merupakan tanggul buatan dengan komposisi alami yang dipadatkan (earth fill). Tanggul ini dibangun untuk mengurangi dampak yang ditimbulkan oleh erupsi lumpur. Tanggul LUSI sangat rentan terhadap kegagalan- kegagalan yang dapat menyebabkan collapse.

  Menurut (Sungkono, 2016) terdapat tiga hal yang menyebabkan ketidakstabilan pada tanggul LUSI antara lain: deformasi secara vertical dan horizontal, erupsi fluida dalam jumlah yang cukup besar dan likuifaksi pada tanggul seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.2. Deformasi merupakan perubahan bentuk atau ukuran dari suatu objek baik secara vertikal maupun horizontal. Deformasi pada tanggul dapat menyebabkan retakan pada tanggul akibat dari pergerakan tanggul secara terus menerus. Lumpur yang dikeluarkan dalam jumlah yang besar mengakibatkan terjadinya limpasan (overtopping) sehingga terjadi rembesan fluida pada tanggul (seepage). Fluida tersebut akan berusaha menembus lapisan tanah sehingga terjadi penurunan tanah atau pasir (sand boiling), pasir yang lepas akibat saturasi fluida tersebut dinamakan dengan pasir hisap (quick

  

sand ). Penurunan tanah (sand boiling) dan quick sand

  mengakibatkan suatu getaran gempa yang menjalar pada tanggul kekakuan tanggul tersebut. Selain itu akibat dari erupsi fluida tersebut dapat mengakibatkan longsoran (sliding).

Gambar 2.2 Jenis Kegagalan tanggul (Narita K, 2000).

  Tanggul LUSI sangat rentan terhadap kegagalan sehingga dapat menimbulkan keruntuhan (collapse). Apabila tanggul mengalami keruntuhan maka akan berdampak buruk bagi lingkungan sekitar. Oleh karena itu perlu dilakukan monitoring secara berkala terkait kestabilan tanggul tersebut. Metode Geofisika dapat digunakan untuk mengetahui tingkat kestabilan tanggul. Metode ini dipilih karena merupakan metode non

  

destructive dan hasilnya akurat. Beberapa hal yang perlu

  diperhatikan ketika mengevaluasi tanggul yaitu, perlu pemahaman secara fisis terhadap permasalahan tanggul serta mengetahui tahapan dalam proses evaluasi.

2.3 Metode Geolistrik Tahanan Jenis (Resistivitas)

  Metode geolistrik tahanan jenis (resistivitas) merupakan salah satu jenis dari metode geolistrik yang banyak digunakan untuk mengetahui dan mempelajari keadaan bawah permukaan eksplorasi dangkal pada radius sekitar 300-500m di bawah permukaan. Pada metode ini, arus listrik diinjeksikan ke dalam bumi melalui dua elektroda arus. Injeksi arus ke dalam bumi akan menimbulkan beda potensial diantara dua titik. Beda potensial yang terjadi diukur melalui dua elektroda potensial. Hasil pengukuran arus dan beda potensial untuk setiap jarak elektroda yang berbeda diperoleh variasi harga tahanan jenis pada lapisan dibawah titik ukur (sounding point) (Santoso, 2002).

  Metode resistivitas baik untuk memetakan kondisi bawah permukaan, sehingga dapat diketahui struktur lapisan dan sesarnya. Hal ini dikarenakan lapisan tanah dan batuan dapat mengalirkan arus listrik sehingga dapat dianalisa berdasarkan sifat kelistrikannya (Syamsuddin, 2012). Data yang dihasilkan umumnya lebih akurat, efektif dan efisien jika dibandingkan dengan metode eksplorasi yang lain.

  Cara kerja metode ini dapat dianalogikan dengan rangkaian listrik, dimana saat arus dari suatu sumber dialirkan ke suatu beban listrik maka besarnya resistansi (Ω) dapat diperkirakan melalui besarnya beda potensial sumber dan besarnya arus yang mengalir. Pada metode ini nilai resistansi tidak dapat digunakan dalam penentuan jenis material di bawah permukaan bumi. Oleh karena itu digunakan besaran resistivitas. Resistivitas (tahanan jenis) merupakan kemampuan suatu bahan untuk menghantarkan arus listrik. Apabila suatu bahan memiliki nilai resistivitas yang tinggi maka bahan tersebut sukar dalam menghantarkan arus listrik, begitu pula sebaliknya. Resitivitas berbeda dengan resistansi. Perbedaan keduanya yaitu resistansi tidak hanya bergantung pada bahan itu sendiri tetapi juga bergantung pada faktor geometri atau bentuk bahan tersebut, sedangkan resistivitas tidak bergantung pada faktor geometri.

  Resistivitas dari tiap material menunjukkan variasi nilai yang berbeda-beda, mulai dari material yang memiliki nilai resistivitas tinggi hingga material yang memiliki nilai resistivitas

  13 Air Tanah 0.5-300

  9 Batu pasir 200-8.000

  18 Kerikil 100-600

  17 Alluvium 10-800

  16 Kerikil Kering 600-10.000

  15 Magnetic 0.01-1000

  0.2

  14 Air Asin

  13 Menurut (Telford et al, 1990), berdasarkan harga

  12 Lempung 1-00

  11 Pasir 1-1.000

  10 Batu Tulis 20-11

  8 Gimping 500-10.000

  12

  7 Basal 200-100.000

  4

  6 Andesit 170-45x10

  5 Granit 200-140

  13

  4 Garam batu 30x10

  3 Kwarsa 500-800.000

  2 Pirit 0.01-800.000

  1 Udara

  No Material Resistivitas (Ωm)

Tabel 2.1 Nilai resistivitas metrial di bumi (Telford et al, 1990)

  19 Kalsit 1x10

• – 1x10

  resistivitas listriknya batuan dan mineral dapat dikelompokkan menjadi tiga yaitu:

• 8

  : 10

  < ρ <1Ωm 2. Konduktor pertengahan : 1 < ρ < 10

1. Konduktor baik

  7

  Ωm 3. Isolator : ρ > 10

  7

  Ωm Nilai batuan atau mineral tidak selalu sama. Batuan yang sama belum tentu memiliki nilai resistivitas yang sama sebaliknya batuan yang berbeda dapat memiliki nilai resistivitas yang sama. penyusun batuan, kandungan air dan suhu. Namun faktor yang sangat mempengaruhi nilai resistivitas pada batuan ialah pergerakan ion-ion bermuatan dalam pori-pori fluida. Untuk setiap jenis batuan pada akuifer yang terdiri atas material lepas mempunyai harga tahanan jenis yang lebih kecil apabila kandungan air tanahnya semakin membesar. Air tanah secra umum berisi campuran terlarut yang dapat menambah kemampuannya dalam menghantarkan arus listrik.

  2.3.1 Teori Kelistrikan Batuan

  Setiap batuan memiliki sifat-sifat kelistrikan yang berbeda. Perbedaan sifat-sifat batuan tersebut merupakan karakteristik dari batuan yang dipengaruhi oleh media penyusun batuan tersebut. Listrik yang ada pada batuan berasal dari alam yang akan muncul ketika diberi gangguan dari luar misalnya dengan penginjeksian arus listrik. Hal ini menyebabkan muatan penyusun batauan tersebut mengalami ketidakstabilan (Dobrin, 1981).

  2.3.2 Sifat Kelistrikan Batuan

  Setiap batuan memiliki karakteristik tersendiri terutama dalam sifat kelistrikannya. Salah satu sifat dari batuan ialah resistivitas (tahanan jenis). Batuan dianggap sebagai medium listrik seperti pada kawat penghantar listrik, sehingga mempunyai nilai resistivitas. Resistivitas batuan adalah hambatan dari batuan tersebut terhadap aliran listrik. Batuan juga memiliki sifat konduktor, yang disebabkan oleh ikatan kovalen antar ion batuan tersebut. Menurut Telford (1990) aliran listrik dan mineral di dalam batuan dan mineral digolongkan menjadi tiga macam, yaitu konduksi secara elektronik, konduksi secara elektrolitik dan konduksi secara dielektrik.

  a.

  Konduksi secara elektronik Batuan yang mengalami konduksi secara elektronik pada umumnya tersusun atas mineral logam. Konduksi secara bebas. Elektron bebas tersebut bergerak bebas sehingga terjadi tumbukan dengan atom logam.

  b.

  Konduksi secara elektrolitik Konduksi secara elektrolitik terjadi jika suatu batuan bersifat

  

porous terisi oleh fluida yang memiliki ion bebas sehingga

mengakibatkan batuan tersebut menjadi konduktor elektrolitik.

  Molekul fluida bersifat polar dan memiliki medan listrik yang kuat sehingga mampu memecah molekul garam yang terlarut menjadi ion positif dan negatif. Ion-ion tersebut selanjutnya akan membawa muatan listrik. Apabila kandungan fluida di dalam batuan bertambah banyak maka konduktifitasnya akan semakin besar.

  c.

  Konduksi secara dielektrik Konduksi secara dielektrik terjadi pada batuan yang memiliki sedikit elektron bebas bahkan tidak memiliki elektron bebas.

  Elekron dalam batuan tersebut tersebar secara acak. Pemberian arus listrik akan menimbulkan medan listrik yang menyebabkan elektron dalam batuan berpindah dan berkumpul terpisah dalam inti sehingga terjadi polarisasi.

2.3.3 Potensial Listrik Batuan

  Potensial listrik batuan atau potensial alam terjadi akibat aktivitas elektrokimia dan mekanis. Aktivitas tersebut terjadi karena keberadaan air tanah. Air tanah merupakan faktor pengontrol dari semua peristiwa di dalam tanah yang berhubungan juga dengan pelapukan dari tubuh mineral, variasi sifat batuan, aktivitas biolistrik dari tanaman dan bahan organik, proses korosi, gradien termal, tekanan dan sebagainya (Telford et al , 1990).

  Potensial alami yang terdapat di dalam bumi terbagi dalam dua komponen yaitu, komponen yang konstan tidak memiliki arah dan komponen yang selalu berubah-ubah terhadap waktu. Komponen yang konstan di dalam bumi disebabkan oleh proses elektrokimia yang terjadi di dalam bumi sedangkan diinduksikan oleh petir (alami) dan perbedaan medan magnet bumi yang dipengaruhi oleh curah hujan yang tinggi (Reynold, 1997).

  Potensial alam dibagi menjadi 4 kelompok, antara lain: a. Potensial Elektrokinetik

  Potensial Elektrokinetik disebabkan oleh adanya aliran fluida yang melewati medium berpori sehingga terjadi pertukaran ion antara ion fluida dan partikel dalam tanah. Efek dari aliran ini akan memicu penyebab terjadinya anomali.

  b.

  Potensial Difusi Potensial Difusi terjadi akibat perbedaan mobilitas anion dan kation dalam larutan yang memiliki konsentrasi berbeda.

  c.

  Potensial Nernst Potesial Nernst terjadi apabila dua logam identik yang dimasukkan ke dalam larutan homogen dan konsentrasi larutan pada dua elektroda tersebut berbeda.

  d.

  Potensial Mineralisasi Potensial mineralisasi timbul apabila dua elektroda logam dimasukkan kedalam larutan homogen. Nilai dari potensial ini paling besar jika dibandingkan dengan ketiga jenis potensial sebelumnya. Zona yang menimbulkan potensial ini terletak pada zona yang banyak mengandung sulfide, grafit dan magnetic.

2.3.4 Potensial Pada Bumi

  Lapisan pada bumi diasumsikan sebagai medium homogen isotropis. Hal tersebut merupakan pendekatan dalam menentukan resistivitas pada lapisan-lapisan bumi. Aliran arus di dalam bumi didasarkan pada Hukum Kekekalan Muatan yang dapat ditulis sebagai (Syamsuddin, 2007):

  

  q

      (2.1)

  

J

  

  t

  2

  dengan J adalah rapat arus (A/m ) dan q adalah rapat muatan

  3

  (C/m ). Persamaan (2.1) juga dikenal sebagai persamaan

   J   (2.2)

  Hubungan antara rapat arus J, intensitas medan listrik E (V/m) dan resisti vitas ρ dinyatakan dalam hukum Ohm yang menyebutkan bahwa besarnya rapat arus J akan sebanding dengan besarnya medan listrik E yang dapat ditulis dalam persamaan sebagai berikut:

  1

  1 J E

  V (2.3)

     

   

V menyatakan potensial listrik (volts). Untuk medium homogen

  isotropis

  ρ konstan sehinggan konduktifitas σ juga konstan

  sehingga

   σ = 0, sehingga diperoleh persamaan Laplace sebagai

  berikut:

  2  V = 0 (2.4)

  Persamaan (2.4) merupakan persamaan dalam teori geolistrik tahanan jenis sehingga distribusi potensial listrik untuk arus searah pada medium homogen isotropis memenuhi persamaan Laplace.

  Misalkan arus I diinjeksikan ke dalam permukaan bumi yang homogen dan isotropis melalui sebuah elektroda pada titik P di permukaaan maka arus tersebut akan tersebar ke semua arah dengan besar yang sama seperti pada Gambar (2.3) Ruang yang dilalui oleh arus I merupakan ruang setengah bola

  2

  ), maka potensial V di suatu titik yang berjarak r dari sumber (2πr ialah:

  

  V J (2.5)    r

  1 J  (2.6)

  2

  2  r

  Besar V pada jarak r adalah:

  I 

  V r  (2.7)

 

  2  r

  Atau dapat ditulis:

  V  r (2.8)

 2 

  I Pada umumnya metode resistivitas menggunakan dua buah elektroda yaitu elektroda arus dan elektroda potensial.

  Pengukuran beda potensial antara dua titik elektroda potensial merupakan superposisi atau penjumlahan potensial akibat arus yang diinjeksikan pada kedua elektroda arus (Firdaus, 2016). Persamaan beda potensial yang diperoleh dapat ditulis sebagai berikut:

   

  I 

  1

  1 V   (2.9)   2 

  

r r

  

  1 2 

  dimana r

  1 dan r 2 merupakan jarak dari titik P ke elektroda satu dan

  dua (Bhattacharya and Patra, 1968). Pada pengukuran metode resistivitas ini digunakan empat buah elektroda seperti Gambar

  2.2 Sehingga Persamaan (2.9) menjadi:

    2  1

1  

  V  

  1 1   

  (2.10)

Gambar 2.4 Susunan Elektroda Ganda di Permukaan (Telford,

  1990) Terdapat beberapa konfigurasi elektroda atau susunan elektroda potensial dan arus yang digunakan. Letak elektroda potensial dan elektroda arus akan berpengaruh terhadap nilai medan listrik yang diukur. Besar faktor perbedaan akibat susunan elektroda yang digunakan disebut dengan Faktor Geometri (K). Nilai K ditunjukkan dalam persamaan sebagai berikut:

  

  1      

  1

  1

  1

  1      

2 K     

  (2.11)

       

  1

  2

  3

  4  r r   r r   

  Persamaan (2.11) merupakan persamaan umum dari faktor geometri, untuk setiap konfigurasi yang memiliki nilai r (jarak) yang berbeda beda. Terdapat beberapa jenis konfigurasi elektroda dengan faktor geometri dalam metode geolistrik tahanan jenis antara lain konfigurasi Wenner, konfigurasi

  , konfigurasi Wenner-Schlumberger, konfigurasi

  Schlumberger pole-pole dan konfigurasi dipole-dipole.

  2.3.5 Konfigurasi Wenner-Schlumberger

  Konfigurasi Wenner-Schlumberger merupakan metode gabungan antara konfigurasi wenner dan konfigurasi

  

Schlumberger . Aturan spasi dalam konfigurasi ini menggunakan

  aturan spasi yang kons tan dengan catatan faktor “n” untuk konfigurasi ini adalah perbandingan jarak antara elektroda C1-P1 maupun C2-P2 dengan spasi antara P1-P2 ditunjukkan pada Gambar (2.3). Apabila jarak antara elekroda P1-P2 adalah a maka jarak antara elektroda arus C1-C2 adalah 2na+a (Sakka, 2001).

Gambar 2.5 Pengaturan elektroda konfigurasi Wenner-

  (Sakka, 2001)

  Schlumberger

  Faktor geometri (K) pada konfigurasi Wenner-Schlumberger adalah: (2.10)

  K = n(n+1)πa dengan a adalah jarak antara elektroda P1-P2.

  2.3.6 Konsep Resistivitas Semu

  Pada Metode resistivitas hasil yang diperoleh akibat injeksi arus yang diberikan kedalam bumi berupa nilai tahanan jenis. Metode resistivitas menggunakan asumsi bahwa bumi bersifat homogen isotropis. Dengan adanya asumsi ini maka resistivitas yang terukur merupakan nilai resistivitas yang sebenarnya. Pada kenyataannya bumi terdiri atas lapisan-lapisan lapisan melainkan resistivitas yang mewakili seluruh lapisan, nilai dari resistivitas ini dikenal dengan resistivitas semu.

  Resistivitas semu merupakan resistivitas pengganti bukan resistivitas yang sebenarnya, akan tetapi resistivitas semu merupakan tahanan jenis pengganti dari semua anomaly bawah permukaan. Oleh karena itu resistivitas semu (

  ρa) merupakan

  subjek interpretasi seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.5 (Taib, 1999). Resistivitas semu mempresentasikan resistivitas dari suatu medium fiktif homogen yang ekivalen dengan medium berlapis yang ditinjau. Untuk memperoleh nilai resitivitas tiap lapisan perlu dilakukan proses inversi (Bhattacharya and Patra, 1968)

Gambar 2.6 Resistivitas semu (apparent resistivity)

2.4 Metode Self Potential

  Metode Self Potential pertama kali ditemukan pada tahun 1930 oleh Robert Fox. Percobaan yang dilakukannya dengan menggunakan elektroda tembaga yang dihubungkan ke sebuah galvanometer untuk mendeteksi lapisan coppre sulfida. Metode ini merupakan metode yang sederhana karena dalam pelaksanaannya hanya memerlukan alat ukur tegangan dan dua elektroda khusus (porous pot electrode). Metode Self Potential merupakan metode geolistrik pasif karena metode ini dilakukan tanpa menginjeksi arus listrik lewat permukaan tanah (Revil, 2013). Pengukuran potensial dilakukan secara alamiah antara dua titik di permukaan tanah. Aktivitas elektrokimia dan mekanik adalah penyebab dari Self Potential. Selanjutnya metode ini digunakan untuk mencari mineral logam yang terkait dengan sulfida, grafit, dan megnetit. Berdasarkan hal ini, para ahli geofisika mengungkapkan mekanisme potensial diri pada daerah mineral. Mekanisme polarisasi listrik spontan pada daerah mineral dapat dipahami dari teori dikembangkan oleh dan Mooney pada tahun 1960. Mereka mengatakan bahwa di

  Sato

  dalam tubuh mineral terjadi reaksi setengah sel elektrokimia, dimana anodanya berada di bawah permukaan air tanah. Pada anoda terjadi reaksi oksidasi sehingga anoda merupakan sumber arus sulfida yang berada di bawah tanah. Sulfida mengalami oksidasi dan reduksi yang akibat reaksi H

  2 O dan O 2 di dalam

  tanah (Raharjo and Sehah, 2011). Faktor utama yang mempengaruhi potensial diri secara umum adalah air yang terkandung dalam tanah. Potensial diproduksi oleh aliran air tanah, dengan berperan sebagai elektrolit dan pelarut dari mineral yang berbeda.

  Metode Self Potential dapat diaplikasikan untuk mendeteksi adanya retakan pada tanggul yang disebabkan oleh rembesan air dengan tanah pada sebuah tanggul (Hidayatullah, 2016). Metode Self Potential menghasilkan sebuah anomali yang disebabkan oleh saturasi air pada tanggul. Pendeteksian adanya anomali didasarkan pada potensial listrik yang dihasilkan oleh aliran fluida medium berpori (porous). Proses ini dikenal dengan kopling elektromagnetik. Anomali Self Potential dihasilkan dari perbedaan temperatur, tekanan atau konsentrasi kimia di bumi. Besarnya amplitude anomali juga bergantung pada koefisien

  

cross coupling yang berhubungan dengan aliran air tanah, panas

  atau bahan bahan yang dapat menimbulkan potensial resistivitas listrik dari struktur bumi (Telford et al, 1990).

  Apabila sebuah elektroda ditancapkan ke tanah, maka resultan gaya elektrokimia pada bidang kontak antara elektroda dengan ion dalam akan membentuk potensial palsu (spurious) meski tidak ada arus yang melaluinya. Potensial palsu ini koreksinya akan sangat sulit untuk di cari. Konsekuensinya diperlukan yang bersifat non polarisasi, sehingga nilai potensialnya tidak dipengaruhi oleh arus yang melewatinya. Elektroda semacam ini dapat didesain dari logam penghantar yang dicelupkan ke dalam larutan jenuhnya, misalnya logam Cu dalam larutan CuSO4, logam Zn dalam larutan ZnSO4 dan sebagainya. Logam dan larutan tersebut dikemas dalam sebuah container berbentuk pot berpori (porous pot). Penggunaan pot berpori dimaksudkan agar larutan dapat merembes secara perlahan sehingga membuat kontak dengan tanah (Telford and Geldart, 1990).

  Pengukuran Self Potential dapat dilakukan dengan menggunakan dua cara yaitu:

1. Fixed Base Porouspot

  Pengukuran beda potensial dengan cara fixed base porouspot dilakukan dengan cara salah satu porouspot tetap dan satu yang lain bergerak di sepanjang titik yang telah

  porouspot

  ditentukan. Pengukuran dengan teknik ini akan mendapatkan nilai ‘potensial’ langsung di titik ukur.

Gambar 2.7 Skema Pengukuran Fixed Base (Hartantyo, 2012) 2.

  Leap Frog Pengukuran dilakukan dengan cara saling melompati antar dengan posisi dan spasi yang telah ditentukan dalam

  porouspot

  bentuk lintasan. Akibat perubahan arah medan listrik yang diukur tanda antar satu dipol dengan dipol selanjutnya. Pengukuran dengan teknik ini akan mendapatkan nilai beda potensial yang berbeda antar dua elektroda, sehingga menghitung nilai potensial di titik-titik ukur harus melibatkan titik ukur disampingnya.

Gambar 2.8 Skema Lep Frog (Hartantyo, 2012)

  Pada penelitian ini metode yang digunakan ialah Fixed . Kelebihan dari metode ini ialah untuk

  Base Station

  meminimlaisir faktor kesalahan dalam akuisisi data. Namun pada metode fixed base station kabel yang digunakan sangatlah panjang,hal inilah yang menjadi kelemahan dalam metode ini (Davydov, 1961).

2.5 Pemodelan Ke Depan (Forward Modelling)

  Pengukuran dengan menggunakan metode geofisika sebagian besar memiliki tujuan untuk memperkirakan kondisi di bawah permukaan bumi. Data yang diperoleh dari pengukuran merupakan suatu respon dari keadaan di bawah permukaan bumi yang timbul dari sifat fisis seperti resistivitas yang berhubungan dengan keadaan geologi di bawah permukaan bumi. Agar data geofisika menjadi lebih sederhana maka dibuat suatu pemodelan.

  Dalam pemodelan, terdapat dua istilah yaitu model dan parameter model. Menurut (Grandis, 2009) model dalam geofisika adalah obyek yang menyatakan suatu besaran atau parameter fisis yang bervariasi terhadap posisi (special variation), distribusi spasial dari parameter fisis tersebut. Pada umumnya pemodelan dibagi menjadi dua yaitu pemodelan ke depan (forward modelling) dan pemodelan ke belakang (inverse